Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Lösung gegen Schwefelsäureangriff auf Abwasseranlagen

23.02.2018

Biogene Schwefelsäure-Korrosion schädigt Kanal- und Abwassersysteme, versursacht hohe Kosten und ist gesundheitsgefährdend. Forscher der beiden österreichsichen Universitäten TU Graz und Uni Graz zeigen in Water Research neue Materialien, die den Korrosionsprozess verhindern.

Abwassersysteme sind eine zentrale Infrastruktureinrichtung jeder Kommune. Idealerweise funktionieren sie einwandfrei und sind langlebig. Biogene Umsetzungsprozesse in Kanal- und Klärsystemen sind jedoch „natürliche Feinde“ herkömmlicher Anlagen und verursachen oftmals hohe Kosten durch Schäden an Bauteilen aus Beton und Metall.


Biogene Schwefelsäure-Korrosion führt zu massiven Schädigungen an Abwassersystemen. Grazer Forscher präsentieren eine Lösung gegen den Schwefelsäureangriff.

© TU Graz


In Feldversuchen gehen die Forscher von TU Graz und Uni Graz den Schäden durch BSK-Korrosion auf den Grund.

© TU Graz

So haben Abwassersysteme nicht selten eine Lebensdauer von weniger als zehn Jahren, müssen restauriert oder einzelne Bauteile getauscht werden. In diesen Prozessen freigesetzte toxische Gase wie Schwefelwasserstoff stellen zudem ein erhebliches gesundheitliches Gefahrenpotenzial dar, das von Reizerscheinungen bis hin zu Atemstillstand und Tod führen kann.

Eine interdisziplinäre Forschenden-Gruppe von TU Graz und Uni Graz stellt jetzt im Fachjournal Water Research neue Strategien zur Verhinderung von sogenannter Biogener Schwefelsäure-Korrosion (BSK)-Ausbildung vor. Der interdisziplinären Forschungsgruppe gehören Cyrill Grengg vom Institut für Angewandte Geowissenschaften, Florian Mittermayr vom Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie der TU Graz und Günther Koraimann vom Institut für Molekulare Biowissenschaften der Uni Graz an.

Biogener Schwefelsäureangriff: Deckel drauf ist nicht die Lösung

Cyrill Grengg vom Institut für Angewandte Geowissenschaften der TU Graz erläutert: „Nicht selten beträgt die durch BSK erzeugte Korrosionsrate an herkömmlichen in Abwasseranlagen verwendeten Betonen einen Zentimeter pro Jahr oder mehr. Die verwendeten Betonteile können so innerhalb von wenigen Jahren vollständig zerstört werden und massive Schädigungen an Abwassersystemen hervorrufen.“

Oftmals fehle das Bewusstsein für diese Prozesse und die daraus resultierende Gefahr für Abwassersysteme und Gesundheit, so die Forscher. „Kanaldeckel drauf und wegschauen ist nicht die Lösung“, so Grengg. Denn der volkswirtschaftliche Schaden durch notwendige Restaurationsmaßnahmen an Abwassersystemen wurde allein für Deutschland mit rund 450 Millionen Euro pro Jahr berechnet. Für Österreich liegen derzeit keine Berechnungen vor, die Zahlen lassen sich jedoch auf andere europäische Länder umlegen.

Biogene Schwefelsäure-Korrosion (BSK) in Abwasseranlagen entsteht durch eine Sequenz von biogener Sulfat-Reduktion und einer anschließenden Rückoxidation. In einem ersten Schritt wird das in Druckrohrleitungen oder stehenden Abwässern vorhandene Sulfat von Bakterien unter anaerobern, also Sauerstoff-freien Bedingungen reduziert und es bildet sich Schwefelwasserstoff.

Dieses stark riechende, hoch giftige Gas entweicht in die Kanalatmosphäre und diffundiert in den Beton der Abwasserrohre und Kanalschächte. An Betonwänden, die gar nicht in Kontakt mit dem Abwasser stehen, findet eine Rückoxidation durch autotrophe Bakterien statt. Diese Mikroorganismen produzieren Schwefelsäure, die mit den Betonbauteilen reagiert.

Günther Koraimann vom Institut für Molekulare Biowissenschaften der Uni Graz hat diese Prozesse im Detail erforscht und erklärt: „Dadurch kommt es zu einer intensiven Biofilmbildung an der Oberfläche des Betons, einer Absenkung des pH-Werts auf unter zwei, also stark sauer, und zu expansiven Mineralneubildungen in Form von Gips. Die Kombination dieser Prozesse verursacht eine rasch voranschreitende Zerstörung des Betons.“

Ganzheitliches Lösungskonzept

In einem interdisziplinären Forschungsansatz arbeiten die Grazer Wissenschafter an einem ganzheitlichen Lösungskonzept. Nach der genauen Erforschung der mikrobiologischen Prozesse folgte die Entwicklung neuer BSK-resistenter Materialien in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkstoffe im Bauwesen der TU Darmstadt. Geopolymerbeton hat sich als besonders geeignet gezeigt, dem Säureangriff Stand zu halten. Bei der Entwicklung des Baustoffes ist nicht nur dessen Säureresistenz eine höchst erwünschte Eigenschaft, sondern auch die von der Forschungsgruppe vorangetriebene Entwicklung möglichst antibakterieller Materialoberflächen, an denen sich Mikroorganismen, die den initialen Oxidationsprozess verantworten, gar nicht erst ansiedeln. Somit wird die Entstehung von Schwefelsäure überhaupt verhindert.

Florian Mittermayr vom Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie der TU Graz erklärt: „Wir haben bereits vielversprechende Ergebnisse mit Materialien, die eine vielfach höhere Lebensdauer gegenüber herkömmlichen Betonen aufweisen. Der Einsatz dieser neuen Materialien würde eine nachhaltige Sanierung geschädigter Abwassersysteme ermöglichen, deren Lebensdauer deutlich verlängern und Kommunen und Abwasserverbände entlasten.“ Ihre jüngsten Erkenntnisse in der BSK-Bekämpfung veröffentlichte die Gruppe in der aktuellen Ausgabe des Fachjournals Water Research 134 (2018) 341 - 352 unter dem Titel "Advances in concrete materials for sewer systems affected by microbial induced concrete corrosion: A review."

Das Land Steiermark unterstützt die Forschungsaktivitäten der Grazer Wissenschafter finanziell und bemüht sich um Bewusstseinsbildung für dieses globale Problem unter den steirischen Kommunen und regionalen Abwasserverbänden.

Kontakt:

Cyrill GRENGG
Dr.rer.nat.
TU Graz | Institut für Angewandte Geowissenschaften
Rechbauerstraße 12, A-8010 Graz
Mobil: +43 680 3169642
Tel.: +43 316 873 6366
E-mail: cyrill.grengg@tugraz.at

Florian MITTERMAYR
Mag.rer.nat. Dr.rer.nat.
TU Graz | Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie
mit angeschlossener TVFA für Festigkeits- und Materialprüfung
Inffeldgasse 24, A-8010 Graz
Tel.: +43 316 873 7159
E-Mail: f.mittermayr@tugraz.at

Günther KORAIMANN
Ao.Univ.-Prof. Dr.phil.
Uni Graz | Institut für Molekulare Biowissenschaften
Humboldtstraße 50/EG, A-8010 Graz
Tel.: +43 316 380 5626
E-Mail: guenther.koraimann@uni-graz.at

Weitere Informationen:

https://www.journals.elsevier.com/water-research/
https://www.tugraz.at
https://www.uni-graz.at/

Barbara Gigler | Technische Universität Graz

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Flexibles Fügen und wandlungsfähige Prozessketten: der Schlüssel für effiziente Produktion
17.02.2020 | Universität Paderborn

nachricht Mit Hightech-Analytik besser erkennen, ob der Krebs zurückkehrt
11.02.2020 | Deutsches Krebsforschungszentrum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lichtpulse bewegen Spins von Atom zu Atom

Forscher des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzpulsspektroskopie (MBI) und des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik haben durch die Kombination von Experiment und Theorie die Frage gelöst, wie Laserpulse die Magnetisierung durch ultraschnellen Elektronentransfer zwischen verschiedenen Atomen manipulieren können.

Wenige nanometerdünne Filme aus magnetischen Materialien sind ideale Testobjekte, um grundlegende Fragestellungen des Magnetismus zu untersuchen. Darüber...

Im Focus: Freiburg researcher investigate the origins of surface texture

Most natural and artificial surfaces are rough: metals and even glasses that appear smooth to the naked eye can look like jagged mountain ranges under the microscope. There is currently no uniform theory about the origin of this roughness despite it being observed on all scales, from the atomic to the tectonic. Scientists suspect that the rough surface is formed by irreversible plastic deformation that occurs in many processes of mechanical machining of components such as milling.

Prof. Dr. Lars Pastewka from the Simulation group at the Department of Microsystems Engineering at the University of Freiburg and his team have simulated such...

Im Focus: Transparente menschliche Organe ermöglichen dreidimensionale Kartierungen auf Zellebene

Erstmals gelang es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, intakte menschliche Organe durchsichtig zu machen. Mittels mikroskopischer Bildgebung konnten sie die zugrunde liegenden komplexen Strukturen der durchsichtigen Organe auf zellulärer Ebene sichtbar machen. Solche strukturellen Kartierungen von Organen bergen das Potenzial, künftig als Vorlage für 3D-Bioprinting-Technologien zum Einsatz zu kommen. Das wäre ein wichtiger Schritt, um in Zukunft künstliche Alternativen als Ersatz für benötigte Spenderorgane erzeugen zu können. Dies sind die Ergebnisse des Helmholtz Zentrums München, der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) und der Technischen Universität München (TUM).

In der biomedizinischen Forschung gilt „seeing is believing“. Die Entschlüsselung der strukturellen Komplexität menschlicher Organe war schon immer eine große...

Im Focus: Skyrmions like it hot: Spin structures are controllable even at high temperatures

Investigation of the temperature dependence of the skyrmion Hall effect reveals further insights into possible new data storage devices

The joint research project of Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) and the Massachusetts Institute of Technology (MIT) that had previously demonstrated...

Im Focus: Skyrmionen mögen es heiß – Spinstrukturen auch bei hohen Temperaturen steuerbar

Neue Spinstrukturen für zukünftige Magnetspeicher: Die Untersuchung der Temperaturabhängigkeit des Skyrmion-Hall-Effekts liefert weitere Einblicke in mögliche neue Datenspeichergeräte

Ein gemeinsames Forschungsprojekt der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat einen weiteren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage am 14. und 15. März 2020: „Mach es einfach!“

12.02.2020 | Veranstaltungen

4. Fachtagung Fahrzeugklimatisierung am 13.-14. Mai 2020 in Stuttgart

10.02.2020 | Veranstaltungen

Alternative Antriebskonzepte, technische Innovationen und Brandschutz im Schienenfahrzeugbau

07.02.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Höhere Treibhausgasemissionen durch schnelles Auftauen des Permafrostes

18.02.2020 | Geowissenschaften

Supermagnete aus dem 3D-Drucker

18.02.2020 | Maschinenbau

Warum Lebewesen schrumpfen

18.02.2020 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics